Kỹ thuật điều khiển tự động _ Chương số 1

Chia sẻ: Nguyễn Hoàng Quoc Viet | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

111
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

1.1. Giới thiệu Hệ thống điều khiển là một nhóm các phần tử được liên kết lại với nhau nhằm duy trì một kết quả mong muốn bằng cách tác động vào giá trị của một biến nào đó trong hê thống. .1.2. Sơ đồ khối và hàm truyền đạt y Sơ đồ khối Mỗi phần tử trong hê thống nhận một tín vào từ một số bộ phận của hệ thống điều khiển và tạo nên một tín hiệu ra đưa vào những phần tử khác....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật điều khiển tự động _ Chương số 1

Ch 1: Các khái niệm và nguyên lý cơ bản ệ g y ý © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-1 1.1. Giới thiệu Hệ thống điều khiển là một nhóm các phần tử được liên kết lại với nhau nhằm duy trì một kết quả mong muốn bằng cách tác động vào giá trị của một biến nào đó trong hê thống. Denis Papin’s water float regulator Papin s Wall s fly ball Wall’s fly-ball governor © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-2
1.2. Sơ đồ khối và hàm truyền đạt y Sơ đồ khối Mỗi phần tử trong hê thống nhận một tín vào từ một số bộ phận của hệ thống điều khiển và tạo nên một tín hiệu ra đưa vào những phần tử khác. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-3 1.2. Sơ đồ khối và hàm truyền đạt y © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-4
1.2. Sơ đồ khối và hàm truyền đạt y Hàm truyền đạt y y(t) - là mối quan hệ toán học giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của phần tử: TF = x(t) © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-5 1.3. Hệ thống điều khiển vòng hở g g Hệ thống điều khiển vòng hở là hệ thống mà trong đó tín hiệu điều khiển không có phụ thuộc vào bất kỳ tín hiệu nào từ quá trình. ấ © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-6
1.3. Hệ thống điều khiển vòng hở g g Thí dụ: hệ thống điều khiển vị trí anten - Vị trí ban đầu: 00 - Vị trí mong muốn: 300 - Động cơ: 10/giây (ở điện áp định mức) Để thực hiện chuyển động mong muốn, bộ điều khiển xuất ra một xung tín hiệu trong 30 giây. Nếu động cơ làm việc chính xác, vị trí anten sẽ dừng chính xác ở 300. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-7 1.3. Hệ thống điều khiển vòng hở g g Thí dụ: xét một hệ thống hở như sau: Xác định tốc độ của vật khi động cơ được cấp 12 V: Velocity = 0.05 * 0.5 * 100 * 12 = 30 m/min © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-8
1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín g g Hệ thống điều khiển vòng kín là hệ thống mà trong đó tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào sự sai lệch giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu phản hồi. ố ồ Ba thao tác chính của một hệ thống vòng kín - Đo lường: đo giá trị của biến được điều khiển - Ra quyết định: tính toán sai lệch và sử dụng giá trị sai lệch để ra quyết định điều khiển - Tác động: sử dụng giá trị điều khiển để tác động những biến khác trong quá trình theo hướng làm giảm giá trị sai lệch lệch. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-9 1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín g g • Điểm điều chỉnh, biến được điều khiển, biến được đo, và điểm sai lệch. ể ề ế ề ể ế ể • Quá trình: đại diện cho quá trình vật lý bị ảnh hưởng bởi cơ cấu tác động. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-10
1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín g g • Bộ cảm biến: thực hiện đo giá trị thực của biến được điều khiển, biến đổi thành một đại lượng có thể sử dụng được và phản hồi về bộ điểu khiển. • Bộ điều khiển (bao gồm cả bộ so sánh): thực hiện cơ chế điều khiển thích hợp nhằm làm giảm giá trị sai lệch lệch. • Cơ cấu tác động: biến đổi tín hiệu điều khiển thành tín hiệu tác động. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-11 1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín g g Thí dụ: hệ thống điều khiển vị trí anten - Vị trí ban đầu: 00 - Vị trí mong muốn: 300 (→ xd) - Động cơ: 10 /sec (ở điện áp định mức vs) - Cảm biến góc: 10V / 3600 (→ xa) Tín hiệu điều khiển vc được xác định tùy theo cơ chế điều khiển: vs xa ≠ xd vc = nếu 0 xa = xd vc = C(xd −xa) Vị trí anten được điều khiển chính xác hơn bất chấp độ ổn định của động cơ cũng như độ chính xác của bộ truyền cơ khí. khí © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-12
1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín g g Thí dụ: xét sơ đồ một hệ thống kín điều khiển vị trí bàn máy như sau: Khảo sát sự chuyển động của bàn máy khi bàn máy dịch chuyển từ vị trí 0.4 m (ban đầu) sang bên p g phải ở vị trí 0.64 m. Giả sử thời gian lấy mẫu (p ị g y (phản hồi) là 0.1 giây. ) g y © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-13 1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín g g G1 = 2 G1 = 2 5 2.5 T (s) Vi (V) Vf (V) Ve (V) ∆P (mm) Pos (mm) T (s) Vi (V) Vf (V) Ve (V) ∆P (mm) Pos (mm) 2.5 2.5 0 0 400 2.5 2.5 0 0 400 0.0 00 4 2.5 25 1.5 15 0 400 0.0 00 4 2.5 25 1.5 15 0 400 0.1 4 2.5 1.5 2.250 402.250 0.1 4 2.5 1.5 2.813 402.813 0.2 4 2.514 1.486 2.229 404.479 0.2 4 2.518 1.482 2.779 405.592 0.3 4 2.528 1.472 2.208 406.687 0.3 4 2.535 1.465 2.747 408.339 0.4 4 2.542 1.458 2.187 408.874 0.4 4 2.552 1.448 2.715 411.054 0.5 4 2.555 1.445 2.167 411.041 0.5 4 2.569 1.431 2.683 413.737 : : : : : : : : : : : : 60.0 4 3.995 0.005 0.008 639.157 48.0 4 3.995 0.005 0.01 639.163 © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-14
1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín g g Hệ thống điều khiển vòng hở g g Hệ thống điều khiển vòng kín g g - đơn giản và chi phí đầu tư thấp - phức tạp và chi phí đầu tư cao - không kiểm soát được giá trị thực tế - có thể điểu khiển được giá trị thực tế - có thể ứng dụng khi đặc tính làm việc của - giá trị thực tế luôn ổn định bất chấp đặc những cơ cấu tác động và quá trình tương tính làm của những cơ cấu tác động và đối ổn định quá trình. - thường xuyên thực hiện quá trình cân - thỉnh thoảng chỉ cần kiểm tra đặc tính làm chỉnh hệ thống việc của bộ cảm biến © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-15 1.5. Tuyến tính và phi tuyến y y Khi phân tích và thiết kế, hầu hết các hệ thống điều khiển được giả sử là bao gồm các phần tử tuyến tính – phần tử cho tín hiệu ra tỷ lệ thuận với tín hiệu vào. Phần tử tuyến tính bảo toàn dạng hình học của tín hiệu vào. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-16
1.5. Tuyến tính và phi tuyến y y • Dãy chết: là một dãy các giá trị mà ở đó tín hiệu vào X không làm thay đổi tín hiệu ra Y. Linear element with a dead band nonlinearity © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-17 1.5. Tuyến tính và phi tuyến y y • Trễ: là tính phi tuyến dẫn đến giá trị tín hiệu ra Y không trùng nhau khi tín hiệu vào X tăng hay giảm. Nonlinear element with hysteresis © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-18
1.5. Tuyến tính và phi tuyến y y • Bảo hòa: là giới hạn của một dãy các giá trị tín hiệu ra Y. Linear element with a saturation nonlinearity © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-19 1.6. Giảm chấn và ổn định Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển xác định một đặc tính quan trọng của hệ thống điều khiển, đó là dạng giảm chấn – dạng mất ổn định. Đặc tính này được hệ thống thể hiện ra như là một đáp ứng dưới tác động của tín hiệu nhiễu. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-20
1.7. Mục tiêu của hệ thống điều khiển g Khi có sự thay đổi tải hoặc giá trị điều chỉnh, hệ thống điều khiển phải đảm bảo 3 mục tiêu sau: • Giảm thiểu giá trị sai lệch lớn nhất. • Giảm thiểu thời gian xác lập. ể • Giảm thiểu độ sai lệch dư. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-21 1.8. Tiêu chuẩn đánh giá hệ thống điều khiển g g Phương pháp kiểm nghiệm thường dùng là thay đổi giá trị điều chỉnh theo hàm bậc thang và dùng 3 tiêu chuẩn sau đây để đánh giá một hê thống. • Suy giảm một phần tư biên độ: xác định biên độ của dao động tắt dần mà ở đó biên độ của một đỉnh dương bằng một phần tư biên độ của một đỉnh dương trước nó. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-22
1.8. Tiêu chuẩn đánh giá hệ thống điều khiển g g • Tích phân sai lệch tối thiểu: xác định tổng diện tích nằm dưới đường cong sai lệch phải là tối thiểu. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-23 1.8. Tiêu chuẩn đánh giá hệ thống điều khiển g g • Giảm chấn tới hạn: được dùng khi mong muốn không xảy ra độ vọt lố. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-24
1.9. Đơn giản sơ đồ khối g Hàm truyền ủ Hà t ề của hệ thống vòng hở thố ò hở: Hàm truyền của hệ thống vòng kín: © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-25 1.10. Phân loại hệ thống điều khiển g Hê thống điều khiển rất đa dạng, nó tùy thuộc vào đối tượng điều khiển, phương pháp điều khiển, điều kiện sử dụng … Mạch phản hồi • không sử dụng → hệ thống hở • có sử dụng → hệ thống kín Loại tín hiệu • liên tục → hệ thống tương tự • rời rạc → hệ thống số Giá trị điều chỉnh • ít thay đổi → hệ thống điều chỉnh (regulator system) • thay đổi liên tục → hệ thống tùy động (follow-up system) Vị trí của bộ điều khiển • ở phòng điều khiển trung tâm → hệ thống điều khiển tập trung • đặt gần các cơ cấu cảm biến và cơ cấu tác động → hệ thống điều khiển phân bố ầ ấ ế ấ ố ề ể ố © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-26
1.10. Phân loại hệ thống điều khiển g Môi trường công nghiệp • Xử lý, chế biến → hệ thống điều khiển quá trình quá trình liên tục quá trình gián đoạn • chi tiết rời → hệ thống điều khiển chế tạo gia công - điều khiển số lắp ráp - hệ thống điều khiển các cánh tay máy Các nhóm khác • cơ cấu tùy độ ( ấ tù động (servo mechanism) h i ) • điều khiển trình tự theo sự kiện theo th thời giani • bộ điều khiển khả trình (programmable controller) © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-27 Bộ điều khiển số và tương tự g © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-28
Bộ điều khiển số và tương tự g Bộ điều khiển tương tự g - được thiết kế từ những mạch xử lý tín hiệu tương tự - các tín hiệu được cập nhật liên tục Bộ điều khiển số - được thiết kế từ những mạch xử lý tín hiệu số - các tín hiệu được cập nhật dựa vào xung nhịp © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-29 Hệ thống điều khiển quá trình g Hê thống điều khiển quá trình duy trì một đại lượng nào đó của quá trình ở giá trị điều chỉnh (mong muốn). © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-30
Hệ thống điều khiển quá trình g © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-31 Hệ thống điều khiển quá trình g Individual local controllers Direct computer control system Distributed control system © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-32
Hệ thống điều khiển trình tự g Time-driven operation Event-driven operation Hệ thống điều khiển trình tự thực hiện một loạt các thao tác được xác định trước. g © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-33 Cơ cấu tùy động ( y g (servo mechanism) ) Cơ cấu tùy động là một hệ thống điều khiển phản hồi trong đó đối tượng được điều khiển là vị trí (hay sự chuyển động). © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-34
Hệ thống điều khiển số g Hê thống điều khiển số là một hệ thống sử dụng các lệnh đã xác định trước để điều khiển một loạt các nguyên công. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-35 Hệ thống tay máy g y y Pick-and-place robot p © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-36
Hệ thống tay máy g y y Industrial robot Robot là một cánh tay máy khả trình nhằm di chuyển những đối tượng khác nhau theo một trình tự chuyển động xác định để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. thể © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-37 Hệ thống tay máy g y y Tế bào sản xuất Là sự kết hợp giữa một nhóm các máy công cụ và một nhóm các cánh tay máy nhằm làm tăng hiệu quả sản xuất một loại sản phẩm đặc biệt nào đó. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-38
Vài thí dụ về các hệ thống điều khiển g Hệ thống điều khiển tốc độ g (bằng cơ khí) © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-39 Vài thí dụ về các hệ thống điều khiển g Hệ thống điều khiển tốc độ g (bằng điện) © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 1-40